溫度脅迫對蜜蜂生理行為影響研究進展

陶坤伶，周建陽，張小燕

（重慶師范大學生命科學學院，重慶 401331）

前言

蜜蜂（Apis）屬于群居社會性昆蟲，外界環(huán)境條件的變化使這種社會性昆蟲能夠調(diào)節(jié)巢內(nèi)的環(huán)境條件使其相對穩(wěn)定，如溫度、濕度、二氧化碳濃度等，這些都會影響蜜蜂從卵到成蟲的生長發(fā)育[1]。研究報道：低溫、高溫、殺蟲劑和寄生蟲等嚴重影響蜜蜂的生存[2]，這也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減少的一個重要原因[3]。昆蟲為了在逆境中求生存，會在分子、生理及生化等水平上對逆境作出響應，并產(chǎn)生各種耐受機制[4]。昆蟲通過生理和行為2種方式來增強自己的溫度耐受性對抗逆境[5]。蜜蜂是一種個體簡單的群居昆蟲，但具有高度的組織適應能力，能維持相對穩(wěn)定的環(huán)境溫度[6]。蜜蜂可以調(diào)節(jié)巢內(nèi)的溫度，使它們生活在理想的溫度范圍內(nèi)，可以延長它們的壽命，提高繁殖能力。不同的昆蟲對溫度變化會采取不同的防御措施，同種昆蟲由于個體差異也會采取不同的防御措施。蜜蜂聚集在一起不僅能產(chǎn)生更多的熱量，而且還能激活防御系統(tǒng)來對抗逆境。東方蜜蜂（Apis cerana）的出勤率顯著高于西方蜜蜂（Apis mellifera），蜜蜂飛行的最佳溫度為15～25℃，當外界溫度高于8℃時，蜜蜂可以飛出蜂巢。不同種類的蜜蜂對溫度變化的適應能力也不同[7]。不同地理型的蜜蜂對環(huán)境有不同的適應能力，唐相友等人[8]初步鑒定到了青藏高原不同地區(qū)蜜蜂與高原適應性的相關基因，并討論了其潛在分子機制。此前，有學者[9]通過對寒溫帶川西高原和熱帶滇南的中華蜜蜂進行比較，發(fā)現(xiàn)了與溫度脅迫反應相關的基因AcVIAAT，這有助于人們了解中華蜜蜂環(huán)境適應的進化起源和分子基礎。經(jīng)過大量的研究，人們對養(yǎng)蜂及蜂群的生活有了更多的了解，但現(xiàn)有的研究成果并沒有準確揭示溫度變化與蜂群之間的內(nèi)在機制。本文總結了溫度對蜜蜂影響的現(xiàn)有研究報告，為進一步研究蜜蜂抵抗溫度的機制和養(yǎng)殖生產(chǎn)等方面提供了一定的理論依據(jù)。

1 溫度脅迫對蜜蜂生長發(fā)育的影響

溫度是影響蜜蜂群體生命活動的最大因素。據(jù)報道：蜜蜂卵孵化的最佳溫度為32～35℃，幼蟲生長的最佳溫度為34～35℃，羽化的最佳溫度為32～35℃，溫度過高或過低都不能使幼蟲正常發(fā)育。當溫度低于25℃或高于40℃時，幼蟲會出現(xiàn)死亡。此外，高溫處理可延長中蜂和西蜂受精卵的發(fā)育和孵化時間，但有不同程度的差異[10]。恒溫有利于幼蟲的生長發(fā)育。大量研究表明：不適宜的溫度會嚴重影響蜜蜂幼蟲和蛹的發(fā)育，如翅膀、腹部和腿部的變形，以及成年后身體顏色的變化[11]。巢脾的大部分區(qū)域溫度與邊緣溫度相差2℃，在此溫度下幼蟲可以自然生長。蜜蜂可以調(diào)節(jié)巢內(nèi)的溫度，以保證蜜蜂子期的正常生長發(fā)育，新出蜂巢脾的溫度在34～35℃之間變化。當溫度為34℃時，蜂群會受到刺激并開始升溫，當溫度升高0.4℃時，蜂群停止加熱；當溫度升高0.8℃時，蜂群開始降溫[12]。蜂群分為強蜂群和弱蜂群，由弱勢蜂群喂養(yǎng)的幼蟲可能因營養(yǎng)不良而不能正常發(fā)育和發(fā)揮正常功能。在正常溫度下培養(yǎng)的蜜蜂比在低溫下培養(yǎng)的蜜蜂表現(xiàn)出更好的行為、學習和記憶能力。實驗證明：在33℃以上的溫度時，蜜蜂更容易受到殺蟲劑的影響[13]。當巢內(nèi)溫度較低時，蜂群聚集在一起增加熱量；當巢內(nèi)溫度過高時，蜜蜂通過運動來減少熱量，例如拍打翅膀，減少巢脾上蜜蜂的數(shù)量。同樣，溫度也會影響蜂王的交配和產(chǎn)卵行為。處女王的行為是受溫度影響內(nèi)部和外部的巢穴，特別是當巢內(nèi)的溫度太低，處女王將長期的性成熟，而當環(huán)境外的溫度太低，會導致處女王交配不足[8]。蜜蜂可以通過各種條件改變蜂巢的溫度，如蜂箱和巢脾，也可通過自身來調(diào)節(jié)蜂巢的溫度。蜜蜂適宜生存的溫度為15～25℃，中華蜜蜂的耐寒性比西方蜜蜂強，例如當氣溫低于14℃時，意蜂將停止飛行。溫度越低，蜜蜂就會逐漸被凍住甚至被凍死。40℃以上的溫度會被熱死。

2 溫度脅迫對蜂箱內(nèi)濕度的影響

蜜蜂的正常生長和繁殖離不開溫度和濕度的調(diào)節(jié)，其中濕度調(diào)節(jié)在蜜蜂的孵化階段起著關鍵作用。蜜蜂需要適當?shù)目諝鉂穸葋碚０l(fā)育和繁殖，然而，蜂箱內(nèi)的濕度不穩(wěn)定受氣溫、濕度、蜜源植物、蜜蜂數(shù)量等諸多因素的影響[14]。據(jù)報道：蜜蜂在喂養(yǎng)幼蟲、造脾和采蜜時，相對濕度在25%～100%之間變化。蜂巢內(nèi)的濕度受內(nèi)外界溫度、喂養(yǎng)蜜蜂的食物及水分等多種因素的影響[15]。研究確定蜜蜂卵正常孵化的相對濕度在90%～95%范圍內(nèi)，濕度過高或過低都會導致孵化的卵數(shù)減少。不同時期蜂巢內(nèi)濕度變化不同，蜂巢內(nèi)空氣的濕度也不是恒定的，有時會在短時間內(nèi)偏離正常范圍，但對蜂群的影響并不大。此外，在流蜜期間，不同蜂群的空氣濕度不同，強蜂群的濕度低于弱蜂群[16]。強群比弱群能更好地利用花蜜，因為它們能采集大量的花蜜并且可以將巢內(nèi)多余的水分利用起來創(chuàng)造一個更好的環(huán)境。在越冬期間，蜂箱不同部位的濕度不同，蜜蜂在攝入食物前用水稀釋食物，蜜蜂通過打開巢脾的蜂房蓋來吸收水分以解渴。文獻報道蜜蜂冬季最適空氣濕度為75%～80%。當蜂箱內(nèi)空氣濕度過低時，蜜蜂體內(nèi)水分蒸發(fā)過快，導致水分不足。更糟糕的是，巢脾中的蜂蜜濃度過高至結晶，使蜜蜂無法正常進食，最終影響蜜蜂的正常生長繁殖。蜜蜂通常能調(diào)節(jié)蜂巢內(nèi)的濕度，當蜜蜂聚集在蜂王周圍時，蜂群中心的濕度高于周圍的濕度，并且蜂群內(nèi)部的濕度要高于外界環(huán)境。蜜蜂用2種方法調(diào)節(jié)巢內(nèi)的濕度。一種是通過扇動翅膀來減少濕度，促進空氣流通。另一種是外出取水，滿足蜜蜂對水分的需求來增加巢內(nèi)濕度[17]。研究人員發(fā)現(xiàn)，卵的孵化受到巢內(nèi)相對濕度的影響，濕度通常在40%～80%之間，卵通常在較高的濕度下孵化，90%～95%[18]。但濕度過高時，對蜜蜂有不利影響，可能會感染疾病，影響蜂蜜的生產(chǎn)，需進一步改進[14]。

3 溫度脅迫對蜜蜂能量消耗的影響

溫度脅迫會影響蜜蜂的能量消耗，而蜜蜂從幼蟲期轉變到蛹期后是封蓋子，所以蛹期的營養(yǎng)狀況取決于幼蟲期的營養(yǎng)攝入量[19]。環(huán)境溫度還影響蛹期的能量利用和發(fā)育時間，進而影響蛹的存活率和出蜂數(shù)量。也有一些蛹發(fā)育較弱，羽化成蜂后壽命縮短[20]。研究表明：蛹期發(fā)育溫度對糖消耗量有影響，溫度越低，蛹發(fā)育周期越長，總糖消耗量越高。反之，溫度越高，早期大幼蟲的總糖消耗量越高，化蛹后的總糖消耗量較低。蛹期發(fā)育溫度也會影響脂肪消耗，與35℃相比，38℃封蓋5、10 d和29℃封蓋1 d的蜜蜂脂肪消耗量顯著降低，其他溫度下無顯著變化。另一方面，溫度也會影響蛹期總蛋白的消耗，試驗表明：與35℃的高溫相比，29℃低溫下整個封蓋期間的總蛋白質(zhì)消耗量顯著增加，除某些特殊時期外，部分發(fā)育期蛋白質(zhì)消耗量無顯著變化[21]。然而，環(huán)境溫度過高也會使昆蟲無法適應，進而影響其發(fā)育速度。當溫度上升到昆蟲適應的極限時，昆蟲的發(fā)育就會停止或造成身體損害[22]。前人的研究表明，蜜蜂封蓋子的耐溫范圍不超過37℃，35～37℃時，各種物質(zhì)的含量變化不明顯。然而，當溫度高于37℃時，物質(zhì)的消耗會在短時間內(nèi)增加，甚至導致其死亡[23]。

4 溫度脅迫對蜜蜂群勢的影響

蜜蜂在自然界是一個群體，通過吸收蜂蜜并進行新陳代謝來維持巢內(nèi)的溫度。當溫度過低時，單個蜜蜂無法生存，它們會聚集在一起來產(chǎn)生更多的熱量。據(jù)報道：蜜蜂種群具有較強的溫度適應能力，能在低溫和高溫下生存。蜜蜂在10～30℃的范圍內(nèi)外出采集，在4℃、10℃甚至-15℃的低溫下都能生存。當蜂箱內(nèi)部溫度過高時，會影響蜜蜂的效率，蜂群會排出熱量來調(diào)節(jié)蜂箱內(nèi)部的溫度。當蜂箱溫度過高時，蜜蜂外出采蜜的積極性就會降低，就會出現(xiàn)分離的蜜蜂和逃跑的蜜蜂。蜂群越大、溫度越高，就會出現(xiàn)分離的蜂群，以尋求一個舒適的環(huán)境。此外，高溫會導致蜜蜂食欲降低，更嚴重的甚至被熱死。降低蜂箱的溫度可以降低群勢，特別是在采蜜期間，降低群勢后越強的蜂群外出采蜜的積極性越高。溫度也會影響巢門口扇風的蜜蜂數(shù)量，已有研究表明沒有遮陽蜂箱的巢門口扇風的蜜蜂數(shù)量是遮陽蜂箱巢門口扇風蜜蜂的3倍多，在遮陽蜂箱中蜜蜂沒有“出來游玩”，而在大多數(shù)沒有遮陽的蜂箱中發(fā)現(xiàn)蜜蜂在蜂箱前壁聚集成團。蜜蜂冬季生活的最佳溫度為2～8℃，當巢內(nèi)溫度高于8℃，蜜蜂就會散去，甚至走出巢。當巢內(nèi)溫度低于2℃，蜜蜂通過吃蜂蜜聚集在一起產(chǎn)生熱量。當然，蜂群越強，蜂群中蜂蜜越多，抵御寒冷的能力就越強。研究者認為蜜蜂調(diào)節(jié)巢內(nèi)溫度的能力與群勢大小有關[24]，即蜜蜂調(diào)節(jié)巢內(nèi)溫度的能力隨群體的大小而變化，較強的蜂群有能力保持一定的群體溫度，較弱的蜂群則不具備這種能力[7]。因此研究溫度與蜜蜂群勢的關系可以為今后的蜜蜂生態(tài)學提供一定的參考，也可以根據(jù)氣候進行養(yǎng)蜂。

5 溫度脅迫對蜜蜂學習記憶及歸巢出巢能力的影響

溫度是影響蜜蜂生存的重要環(huán)境因素，溫度過低或過高都將導致蜜蜂發(fā)育不良，影響它們飛行、覓食及返回巢穴的能力[25]。蜂群中絕大多數(shù)是工蜂，它們在蜂群中完成大部分工作。有報道稱工蜂的記憶能力受發(fā)育溫度的影響，主要影響工蜂的短期記憶。以往的研究對出房1周的工蜂進行了實驗，結果表明35℃時工蜂的瞬時記憶最強[26]。溫度的變化會影響蜜蜂翅膀的發(fā)育[27]。研究發(fā)現(xiàn)：低溫發(fā)育工蜂的返回巢穴能力明顯低于高溫發(fā)育工蜂，推測較低的發(fā)育溫度會影響蜜蜂翅膀的發(fā)育，進而影響蜜蜂的飛行能力導致其返巢能力降低。此外，研究還發(fā)現(xiàn)：高溫下發(fā)育的特定日齡蜜蜂頭部學習記憶相關基因GluRA、Nmdar1的表達水平顯著高于低溫下發(fā)育的蜜蜂，提示蜜蜂的學習記憶能力可能與溫度相關[28]。主要原因是蜜蜂前腦中的蘑菇體是學習記憶等復雜行為的整合中心，低溫影響蘑菇體冠突出復合體的數(shù)量，從而影響蜜蜂的記憶能力，導致蜜蜂返回巢穴的能力降低[29]。也有研究表明溫度是影響蜜蜂在巢外進行采集活動的最大環(huán)境因素，在30℃左右時蜜蜂最活躍，出巢返巢達到高峰期[30]。這與以往報道的最適采集溫度為20～25℃不同，這可能與試驗環(huán)境條件不同或蜜蜂物種對環(huán)境的適應不同有關[31]。具體原因尚不清楚還有待進一步核實。持續(xù)高溫也會影響蜜蜂的出巢活動，蜜蜂將停止出巢。不同蜂種在越冬期的采集活動也不同，例如東方蜜蜂和西方蜜蜂的出巢時間、出巢頻率及出巢時體表溫度等都有所差異。這可能與蜜蜂自身的特性有關，與西方蜜蜂相比，東方蜜蜂的抗寒能力更強，越冬期更勤勞，具有調(diào)整蜂群結構的能力[32]。東方蜜蜂出巢時體表溫度比西方蜜蜂低，它能通過巢門口的溫度來調(diào)節(jié)自身的溫度，以適應外界環(huán)境從而減少能量消耗。蜜蜂采集活動與溫度升高和外部蜜源植物的花蜜流動周期呈正相關[30]。

6 溫度脅迫對蜜蜂行為的影響

蜂群中的工蜂將巢房中的蜂蜜或花粉帶到一個集中的地方，以便蜂王在清理干凈的巢房中產(chǎn)卵。研究表明不同溫度巢脾中的清理蜂數(shù)量不同，但清理行為無顯著差異[33]。蜂螨是一種寄生在蜜蜂體外，在蜂巢內(nèi)繁殖的寄生蟲，對蜜蜂的影響非常大。不同溫度的蜂巢中蜜蜂的除螨行為不同，受到低溫的影響，推測其與生物耗能有關[34]。在36℃環(huán)境下培育的蜜蜂比在32℃環(huán)境下培育的蜜蜂的舞蹈能力更好，有實驗表明34.5℃和36℃培育的蜜蜂的舞蹈行為無顯著差異，但32℃培育的蜜蜂舞蹈時間短于34.5℃和36℃，表現(xiàn)出顯著差異[23]。余林生等[35]研究發(fā)現(xiàn)中蜂蜂王和雄蜂的識別巢穴飛行和交配飛行受溫度的影響，中蜂蜂王和雄蜂識別巢穴飛行和交配飛行溫度通常在20～28℃之間。沈育初[36]發(fā)現(xiàn)西方蜜蜂雄蜂的交配飛行溫度為21.4℃，因此他們提出西方蜜蜂雄蜂交配飛行的最低溫度約為20℃。蜜蜂還可以通過各部分的蜜蜂數(shù)量來精確調(diào)節(jié)巢脾中部及各部分的溫度，研究表明冷熱刺激下巢脾與箱壁的工蜂數(shù)量存在顯著性差異，熱刺激和冷刺激后巢脾工蜂數(shù)量顯著增加，箱壁的工蜂在冷刺激下減少。

7 溫度脅迫對蜜蜂抗農(nóng)藥能力的影響

農(nóng)藥對蜂群為害極大，會阻止蜜蜂繁殖，影響它們的大腦和行為，將導致蜂群生長受損。通常，低劑量的農(nóng)藥不會直接殺死蜜蜂，但會干擾蜜蜂的正常行為活動[37]。蜜蜂卵、幼蟲和蛹期生長發(fā)育的適宜溫度在34～35℃之間，巢脾上偏離正常發(fā)育溫度范圍的區(qū)域，幼蟲和蛹在發(fā)育成成蜂時對農(nóng)藥會更敏感。孵化12 h的幼蟲置于33℃和35℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)15 d，羽化后的成蜂再培養(yǎng)1周，并飼喂農(nóng)藥，計算8、24及48 h內(nèi)的存活率，結果表明：隨著農(nóng)藥飼喂時間的延長，33℃和35℃條件下的蜜蜂死亡率都增加，但33℃比35℃條件下蜜蜂死亡率增加更顯著。因此，推測在33℃條件下培養(yǎng)的蜜蜂對農(nóng)藥更敏感，比在35℃條件下培養(yǎng)的蜜蜂中毒比例更高[38]。以吡蟲啉為例，新出房的蜜蜂分別在25℃和35℃條件下培養(yǎng)并飼喂農(nóng)藥，結果顯示：暴露于35℃條件下的蜜蜂死亡率顯著升高，說明溫度與吡蟲啉農(nóng)藥具有協(xié)同作用[39]。

8 溫度脅迫對蜜蜂抗病害的影響

蜜蜂是變溫動物，如果溫度低于或高于臨界溫度，會影響蜜蜂的新陳代謝，甚至導致蜜蜂死亡。強群比弱群有更好地適應溫度能力，它們通過不同的方式保持群內(nèi)相對穩(wěn)定的溫度，如果不及時補充群內(nèi)的溫度，會影響蜜蜂的生長和繁殖，降低蜜蜂的抗逆能力及抗病能力。當蜂箱內(nèi)溫度升高時，如果蜂箱通風不暢，濕度的增加會導致蜂箱內(nèi)蓄積水分，使蜜蜂體質(zhì)變?nèi)?，抗病能力嚴重下降，容易發(fā)生細菌性病害和原蟲性病害。白堊病是發(fā)生在蜜蜂幼蟲身上的病害，是由蜜蜂球囊菌引起的，溫度的頻繁變化會加速白堊病的發(fā)生。梁勤等人[40]報道球囊菌活化及膨大的溫度分別在15～40℃和25～40℃范圍內(nèi)不受溫度的影響，萌發(fā)管的溫度在25～37℃，最適溫度在31～35℃。溫度和濕度是引起中蜂囊狀幼蟲病的主要原因，異常的溫度變化也會導致蜜蜂卷翅病。當溫度高于蜜蜂生存的臨界溫度35℃時，蜜蜂易發(fā)生慢性麻痹病，通過巢脾、感染花粉及蜂群間等迅速傳播。據(jù)報道：美洲幼蟲腐臭病是由高溫引起的芽孢桿菌發(fā)育導致的，其發(fā)育的最佳溫度為36～37℃。當外界氣溫過低或多雨時，蜜蜂被迫長時間生活在狹窄的蜂箱中，無法在廣闊的區(qū)域飛行和排泄，容易發(fā)生孢子蟲病，污染蜂箱和感染巢脾。特別是在蜂群繁殖時期，蜜蜂抗寒能力下降，容易造成爬蜂現(xiàn)象，還會感染囊狀幼蟲病[41]，冷空氣可促進蜜蜂螺原體病的發(fā)生。因此，蜜蜂對蜂巢溫度的調(diào)節(jié)是非常重要的。據(jù)報道：35℃最適合蜜蜂生存和繁殖，病原微生物不能傷害蜜蜂，蜜蜂可以抵抗病毒，與此同時，生活在適宜環(huán)境中的蜜蜂壽命更長，能更好地生長發(fā)育繁殖。

小結與展望

溫度是生物體生存和發(fā)展最基本的環(huán)境因素，蜜蜂的生長發(fā)育、繁殖及抗病害等也不例外。環(huán)境溫度的變化對蜜蜂的飼養(yǎng)、群體越冬及群體保溫等工作都有一定的影響。蜜蜂通過調(diào)節(jié)巢內(nèi)溫度將幼蟲區(qū)溫度維持在35℃左右，新出蜂巢脾溫度在34～35℃之間變化，成年蜜蜂適宜的溫度在25℃左右。蜜蜂生長發(fā)育的相對濕度在25%～100%之間變化，卵通常在較高的濕度下孵化。蜜蜂在不同的生長周期消耗的能量不同，糖、脂肪和總蛋白質(zhì)的消耗量隨著溫度的變化而變化。群勢的強弱會影響蜂群調(diào)節(jié)巢內(nèi)溫度的能力。蜜蜂的清理行為與舞蹈行為與溫度的升高呈正相關，而蜂群抗農(nóng)藥的能力主要取決于溫度的高低。針對某些蜜蜂病害來說，氣溫直接影響其發(fā)生的程度。溫度是季節(jié)性病害發(fā)生的一個因素。

人們對蜂巢內(nèi)的溫濕度做了一些研究，應用一定的理論和技術方法對蜜蜂個體和群體的溫度進行檢測。目前關于溫度對蜜蜂影響的研究主要集中在蜜蜂養(yǎng)殖方面，但未能揭示溫度影響蜜蜂的內(nèi)在機制，需要具體深入。通過深入研究溫度影響蜜蜂以及蜜蜂調(diào)節(jié)溫度的內(nèi)在機制及組織變化等，為培育蜜蜂良好的種質(zhì)資源提供一定的理論基礎。蜜蜂是自然界的群居昆蟲，不同的個體如蜂王、雄蜂、工蜂等，有著不同的社會分工，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究做出了不可替代的貢獻。在自然狀態(tài)下，蜜蜂消耗較少的能量來保持巢穴的溫度恒定，深入研究蜜蜂的溫度調(diào)節(jié)機制和蜂體內(nèi)的物質(zhì)變化，設計出有效的保溫方法，以新的角度闡明溫度變化與蜜蜂的關系。